CN114530965B - 一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水利电动机与水泵连接固定技术领域中的减少主轴轴向受力的技术范畴，公开了一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，用于减缓电动机主轴所受轴向力，包括：连接水泵和永磁电动机的立式固定座，电动机的主轴与固定座过盈配合，所述固定座内设有至少一对套设在电动机主轴上的反向布置的第一轴承和第二轴承，所述电动机主轴上位于第一轴承或第二轴承的一侧还设有第三轴承，第三轴承与第一轴承或者第二轴承同向布置。本发明的有益效果是：通过多个轴承的相互配合抵消双向轴向力，亦可承受径向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

Description

一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置

技术领域

本发明属于水利电动机与水泵连接固定技术领域中的减少主轴轴向受力的技术范畴，尤其涉一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置。

背景技术

水泵轴向力是伴随水泵转动时产生的，对于轴向力的产生原因分为以下几个方面：

（1）水泵叶轮前后液体压力不平衡。

（2）液体动量的轴向分量发生改变。

（3）不同的泵体，轴向力的产生原因也不同。立式泵内部转子的本身重量，在水泵运行过程中也会成为轴向力的一部分。

水泵轴向力的平衡问题已成为水泵能否普遍应用的关键所在，无论在水泵的结构设计上，还是实际应用中，必须要尽可能的平衡轴向力，为水泵的可靠运行提供保障，平衡水泵轴向力的装置是根据轴向力的大小进行设计的，大部分的轴向力被平衡装置平衡掉，还有小部分的轴向力由水泵内部的止推轴承等机械装置承受，这样轴向力的作用被消除，就不会对水泵的安全运行产生威胁目前电动机在水利中的应用多为立式安装，

而当前，电动机与水泵直接相连，水泵产生的轴向力会直接传递给电动机的主轴，造成电动机主轴蹿动，使得本来不该相对运动的结合部位间隙变大，使电动机的震动、噪音变大，出现“扫膛”可能，降低使用寿命，造成电动机运行不稳定，由于运行不稳定经常出现停机，每年更换轴承或提高运行保养费用的问题。

例如在，轴流泵用立式电机的情况下，电动的额定功率450kW、额定电压6000V、额定转速187.5r/min、额定扭矩22920N.m采用目前的固定方式，电动机的使用年限仅为五年，而且需要每年更换轴承，保养维护。

综上所述，迫切需要一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置来实现减少主轴轴向受力，延长轴承使用寿命，减少保养次数的目的。

发明内容

本发明要实现的目标是：减少主轴轴向受力，延长轴承使用寿命，减少保养次数的目的：

为了是想上述目标，本发明提供一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置。

本发明所采用的具体技术方案为：

一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，用于减缓电动机主轴所受轴向力，包括：连接水泵和永磁电动机的立式固定座，电动机的主轴与固定座过盈配合：

所述固定座内设有至少一对套设在电动机主轴上的反向布置的第一轴承和第二轴承，所述电动机主轴上位于第一轴承或第二轴承的一侧还设有第三轴承，第三轴承与第一轴承或者第二轴承同向布置；

所述第一轴承、第二轴承和第三轴承可同时承受轴向力和径向力；

所述固定座内设有连接电动机主轴和水泵主轴的弹性连接器，使得水泵主轴可以在电动机主轴端部轴向滑动。

采用这样的设计，反向布置的第一轴承和第二轴承可以承受双向轴向力，亦可承受径向力，而同向布置的第三轴承则可以承载未抵消的轴向力，当采用三个上述轴承是即可实现这一效果，而采用多组这样配合使用的轴承时，对于抵消轴向力可以起到更好的效果，结合安装空间的考虑，本案中优选三个轴承来实现这一效果；

其中，固定座内设有连接电动机主轴和水泵主轴的弹性连接器，使得水泵主轴可以在电动机主轴端部轴向滑动，断开了电动机主轴与水泵主轴的直接连接，由水泵主轴产生的轴向力是电动机主轴所受轴向力的主要来源，而弹性连接器将这一主要来源断开，大大降低了电动机主轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

作为本发明的进一步改进，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承均为角接触球轴承。

角接触球轴承极限转速较高，可以同时承受径向载荷和轴向载荷，也可以承受纯轴向载荷，其轴向载荷能力由接触角决定，并随接触角的增大而增大，单列角接触球轴承只能承受一个方向的轴向载荷，在承受径向载荷时，会引起附加轴向力，必须施向相应的反向载荷，因此，该种轴承一般都成对使用，双列角接触球轴承能承受较大的以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷和力矩载荷，它能限制轴或外壳双向轴向位移，接触角为 30 度，成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷。串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷，因此本案优选角接触球轴承来实现抵消轴向力的目的。

作为本发明的进一步改进，所述弹性连接器包括包括套设在电动机轴上的套筒，套筒内设有弹性体，弹性体的一端与电动机主轴相接触，另一端固定在套筒内侧的台阶上，套筒的端部设有法兰，用于连接联轴器。

本改进提供了一种断开了电动机主轴与水泵主轴的直接连接结构，套筒的法兰连接着联轴器，联轴器在与水泵的主轴固定在一起，而在套筒内，套筒套设在电动机的主轴上，套筒与电动机主轴的端部通过弹性体接触在一起，当有轴向力传递过来是，套筒可以在电动机主轴上滑动，由弹性体承受并消除轴向力的冲击，由水泵主轴产生的轴向力是电动机主轴所受轴向力的主要来源，而弹性连接器将这一主要来源断开，大大降低了电动机主轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

作为本发明的进一步改进，所述水泵的主轴通过联轴器连接在所述法兰上。

作为本发明的进一步改进，所述弹性体为弹簧或聚氨酯空心柱。

作为本发明的进一步改进，电动机主轴未与水泵相连的一端，通过末端轴承与电动机主轴连接在一起，所述末端轴承包括至少一对套设在电动机主轴上的反向布置的第四轴承和第五轴承，所述电动机主轴上位于第四轴承或第五轴承的一侧还设有第六轴承，第六轴承与第四轴承或者第五轴承同向布置，所述末端轴承为角接触球轴承。

同理，反向布置的第四轴承和第五轴承可以双向轴向力，亦可承受径向力，而同向布置的第六轴承则可以承载未抵消的轴向力，当采用三个上述轴承是即可实现这一效果，而采用多组这样配合使用的轴承时，对于抵消轴向力可以起到更好的效果，结合安装空间的考虑，本案中优选三个轴承来实现这一效果，同时优选角接触球轴承来作为末端轴承。

作为本发明的进一步改进，所述电动机主轴上位于末端轴承的外侧固定有风扇，通过风扇转动产生的降温风力抵消部分电动机轴受到的轴向力。由于风扇与电动机主轴固定在一起，因此风扇产生的风力在冷却电动机的同时，还会对电动机主轴产生轴向拉力，改轴向拉力与电动机主轴承受的来自电动机本身自重所带来的轴向力，方向相反，在一定程度上产生相互抵消的效果，进一步减少电动机轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

作为本发明的进一步改进，所述电动机的机壳的非轴伸端端盖上设有散热片，增大电机的散热面积，从散热方面进一步改善电动机的工作环境，减缓电动机内部件因高温而老化的趋势，减少保养次数，提高电动机的使用寿命。

本发明的积极效果是：

1.通过多个轴承的相互配合抵消双向轴向力，亦可承受径向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

2.通过弹性连接器断开了电动机主轴与水泵主轴的直接连接，由水泵主轴产生的轴向力是电动机主轴所受轴向力的主要来源，而弹性连接器将这一主要来源断开，大大降低了电动机主轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

附图说明

图1是本发明一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置与电动机的结构是结构图；

图2是图1中所示本发明一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置E处放大剖视图；

图3是图1中所示本发明一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置改进型实施方式结构示意简图；

图例说明：1—固定座， 2—轴承座， 3—圆柱销，4—固定键，5—套筒，6—弹性体，7—法兰， 8—电动机主轴，9—固定孔，10—散热片，11—风扇， 12—机壳， 13—第一轴承，14—第二轴承，15—第三轴承，16—轴承调整垫， 17—第四轴承， 18—第五轴承，19—第六轴承，20—电动机主轴末端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述：

具体实施例：

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

具体实施例一：

一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，包括固定座1，固定座的中心轴线上设有轴承座2，固定座1的圆周上均布有固定孔9，通过固定孔9将电机固定在指定的工作平台上，轴承座2内依次设有三个轴承：第一轴承13、第二周晨14和第三轴承15，三个轴承为角接触球轴承，并列的套设在电动机主轴8的端部，其中，如图2所示，第一轴承13和第二轴承14反向布置，承受双向轴向力，亦可承受径向力，而同向布置的第三轴承15则可以承载未抵消的轴向力，本实施例采用了角接触球轴承，成对安装角接触球轴承能承受以径向载荷为主的径向、轴向双向联合载荷，也可以承受纯径向载荷，串联配置只能承受单一方向的轴向载荷，其他两种配置则可承受任一方向的轴向载荷，安装后有预压过盈，套圈和钢球处于轴向预加载荷状态，因而提高了整组轴承作为单个支承刚度和旋转精度，其中，被实施例采用了第一轴承13和第二轴承14反向布置，也就是背对背配置：

背对背配置，背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开，可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受，背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩；

而面对面配置，面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合，可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受，这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩，这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷；

串联配置，串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担，但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承，这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴向载荷，通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承。

电动机主轴8的端部套设有套筒5，套筒5与电动机主轴8采用过盈配合，并设有直型的固定键4，限制其与电动机主轴8发生圆周方向的相对滑动，电动机主轴8的端部设有弹性体6，本实施例中弹性体6采用聚氨酯空心柱，弹性体6固定在套筒5内的台阶上，与电动机主轴接触，但不固定。

具体提的，提供了一种断开了电动机主轴8与水泵主轴的直接连接结构，套筒5的法兰7连接着联轴器，联轴器在与水泵的主轴固定在一起，而在套筒5内，套筒5套设在电动机主轴8上，套筒5与电动机主轴8的端部通过弹性体接触在一起，当有轴向力传递过来时，套筒5可以在电动机主轴8上滑动，由弹性体6承受并消除轴向力的冲击，由水泵主轴产生的轴向力是电动机主轴8所受轴向力的主要来源，而弹性连接器将这一主要来源断开，大大降低了电动机主轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

具体实施例二：

在具体体实施例一的基础上，结合图1和图3所示，电动机主轴末端20，通过末端轴承与电动机主轴连接在一起，所述末端轴承包括一对套设在电动机主轴上的反向布置的第四轴承17和第五轴承18，所述电动机主轴上位于第五轴承的一侧还设有第六轴承19，第六轴承19与第五轴承18同向布置，所述末端轴承为角接触球轴承。

在电动机主轴的两端都采用角接触球轴承的背对背配置，可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受，背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩，从两端进一步消除电动机主轴所受到的轴向力。

进一步的，轴承安装位置设有轴承调整垫16，调整轴承的端面与轴承安装位置底部的精密接触，使得轴承与固定位置精密结合，消除窜动间隙，而来自电动机主轴的轴向力在传递到轴承时时，由于轴承已经在安装位置固定，而无法发生窜动，因此轴向力在角接触球轴承的结构内发生分化，在第一轴承13和第二轴承14反向布置的各自内部形成分力，在轴承13和第二轴承14内部形成分力方向相反，这样，在在第一轴承13和第二轴承14反向布置的情况向，两种方向相反的分力相互抵消，起到削弱轴向力的作用避免了电动机主轴窜动导致的，使本来不该有相对运动的结合部位发生互动而导致的间隙变大问题，减弱了电动机的振动和噪音过大的异常问题。

具体实施例三：

在具体实施例一或者具体实施例二的基础上，电动机主轴8上位于末端轴承的外侧固定有风扇11，通过风扇11转动产生的降温风力抵消部分电动机轴受到的轴向力。由于风扇11与电动机主轴8固定在一起，因此风扇11产生的风力在冷却电动机的同时，冷却空气的气流持续流动，产生推力，而风扇是固定在电动机主轴上的，并围绕电动机主轴转动，这样就产生了对电动机主轴产生轴向拉力，从而在电动机主轴上产生轴向力，而这个轴向力力与电动机主轴承受的来自电动机本身自重所带来的轴向力，方向相反，在一定程度上产生相互抵消的效果，进一步减少电动机轴所承受的轴向力，延长水利用立式高压永磁电动机的稳定工作年限。

具体实施例四：

在具体实施例三的基础上，电动机的机壳12的非轴伸端端盖上设有散热片10，增大电机的散热面积，从散热方面进一步改善电动机的工作环境，减缓电动机内部件因高温而老化的趋势，减少保养次数，提高电动机的使用寿命。

以450kw永磁电机智能驱动系统为例：按照最大扬程计算，电机最大轴向力为11T（含泵转子重量及水推力），电动机和水泵的安装方式为方向竖直向下，电机转子重量为2T。

电机转速为187.5r/min，假设电机每年运行300天，每天运行16h，则每年运行约4800h。

当电机处于最大轴向力工况时，轴伸端轴承轴向受力为13T，即Fa=130KN

依据转速n=187.5r/min，可得电机轴承寿命为47100h，按照水泵年运转4800h计算，轴承寿命约为9.8年。

前述内容已经宽泛地概述出各个实施例的一些方面和特征，其应该被解释为仅是各个潜在应用的说明。其他有益结果可以通过以不同方式应用公开的信息或通过组合公开的实施例的各个方面来获得。在由权利要求限定的范围的基础上，结合附图地参考对示例性实施例的具体描述可获得其他方面和更全面的理解。

上述实施例对本发明做了详细说明。当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述例子，相关技术人员在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或减少、替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，用于减缓电动机主轴所受轴向力，包括：连接水泵和永磁电动机的立式固定座，电动机的主轴与固定座过盈配合，其特征在于：

所述固定座内设有至少一对套设在电动机主轴上的反向布置的第一轴承和第二轴承，所述电动机主轴上位于第一轴承或第二轴承的一侧还设有第三轴承，第三轴承与第一轴承或者第二轴承同向布置；

所述第一轴承、第二轴承和第三轴承可同时承受轴向力和径向力；

所述固定座内设有连接电动机主轴和水泵主轴的弹性连接器，使得水泵主轴可以在电动机主轴端部轴向滑动；

所述弹性连接器包括套设在电动机轴上的套筒，套筒内设有弹性体，弹性体的一端与电动机主轴相接触，另一端固定在套筒内侧的台阶上，套筒的端部设有法兰，用于连接联轴器；

电动机主轴未与水泵相连的一端，通过末端轴承与电动机主轴连接在一起，所述末端轴承包括至少一对套设在电动机主轴上的反向布置的第四轴承和第五轴承，所述电动机主轴上位于第四轴承或第五轴承的一侧还设有第六轴承，第六轴承与第四轴承或者第五轴承同向布置，所述末端轴承为角接触球轴承；

所述电动机主轴上位于末端轴承的外侧固定有风扇，通过风扇转动产生的降温风力抵消部分电动机轴受到的轴向力。

2.根据权利要求1所述一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，其特征在于，所述第一轴承、第二轴承和第三轴承均为角接触球轴承。

3.根据权利要求2所述一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，其特征在于，所述水泵的主轴通过联轴器连接在所述法兰上。

4.根据权利要求3所述一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，其特征在于，所述弹性体为弹簧或聚氨酯空心柱。

5.根据权利要求4所述一种水利用立式高压永磁电动机稳定装置，其特征在于，所述电动机的机壳的非轴伸端端盖上设有散热片，增大电机的散热面积。